Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
1
ECG – Electrocardiography
Practical Exercises in Physiology (Spring semester: 4th - 6th weeks)

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
2
Electrocardiography
̶Definition: recording the cardiac electrical activity from the surface of the body
(el. heart activity can also be obtained from the esophageal leads or the heart surface itself, but
these methods are used by other names)

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
3
Cardiac conduction system
Purkynje fibers
Sinoatrial node (SA)
Atrial preferential ways
Atrioventricular node (AV)
His bundle
Tawara (bundle) branches
SA node
Atrial myocyte
AV node
His bundle
Tawara branches
Purkynje fibers
Ventricular myocyte

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
4
Cardiac conduction system
̶Function: AP formation and preferential conduction
̶The atriums are separated from the chambers by a non-conductive fibrous septum - the only way is
through the AV
̶Sinoatrial node (SA) - natural frequency 100 bpm (mostly under parasympathetic damping effect),
conduction velocity 0.05 m/s
̶Preferred internodal atrial ways - conduction velocity 0.8 - 1 m / s
̶Atrioventricular node - single conductive connection between atria and ventricles, natural
frequency 40 - 55 bpm, conduction velocity only 0.05 m / s (nodal delay)
̶His bundle – conduction velocity 1–1,5 m/s
̶Tawara (bundle) branches – conduction velocity 1–1,5 m/s
̶Purkynje fibers – conduction velocity 3–3,5 m/s
̶
̶Sinus rhythm - AP starts at the SA node
̶Junction rhythm - AP is formed in the AV node or His bundle
̶Tertiary (ventricular) rhythm - AP is formed in bundle branches or Purkynje fiber
̶
̶Ventricular myocardial activation - from inside to outside, markedly synchronized, determined by
the onset of excitement
̶Repolarization of ventricular myocardium - in the opposite direction, less sharp, repolarization
isles
̶Note: natural frequency is the frequency of AP formation unaffected by neural and hormonal control
̶
natural frequencies of 20 - 40 bpm, they have slow spontaneous depolarization

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
5
Electric dipole
̶Electrode: records electrical potential (Φ)
̶Electrical lead: connection of two electrodes
̶It records the voltage between the electrodes
̶Voltage: difference of el. potentials
(V= Φ1- Φ2)
7354523
electrode
lead
Φ1
Φ2

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
6
Einthoven triangle
(standard, limb, bipolar leads)
̶Bipolar leads: both electrodes are active (variable electrical potential)
̶Electrode colors:
R: red, L: yellow, F: green
I
II
III
R
L
F

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
7
Goldberger leads
(augmented, limb, unipolar leads)
̶Unipolar leads: one electrode is active (variable electric potential) and the other is inactive
(constant electric potential, usually 0 mV)
̶The active electrode is always positive
aVF
aVL
avR
R
L
F

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
8
Wilsonova central terminal (W)
̶It is formed by the connection of limb electrodes through resistors
̶electrically represents the center of the heart (it is actually led out or it is calculated)
̶Inactive electrode (constant potential)
Central terminal
-
+
+
+
-
Real central terminal

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
9
Chest leads
̶Chest lead: connection of chest electrode and central terminal
̶
̶Unipolar leads: chest electrode is active (positive) and central terminal is inactive (0 mV
potential)
1
2
3
4
5
6
hrudní elektroda

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
10
Leads according to Cabrera
I
aVF
II
III
aVR
aVL
–
+
–
+
+
+
+
+
–
–
–
–
120°
90°
60°
30°
0°
-30°
+
-
+
R
L
F
aVR
-
+
-
+
aVL
aVF
–
–
+
+
–
I
III
II

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
11
Analysis of ECG
1.Heart action
2.Heart rhythm
3.Heart rate
4.Waves, segments and intervals
̶P wave
̶PQ interval
̶QRS complex
̶ST segment
̶T wave
̶QT interval
5.Electrical heart axis
P
Q
R
S
T
Atrial depolarization
Ventricular depolarization - QRS
Ventricular repolarization
Svod II

Adobe Systems
12
Analysis of ECG
̶A millimeter grid of paper will help in fast analysis
̶See the paper speed (here 25 mm / s)v
̶How many ms is one mm?
̶It is good to know how much mV is one mm
Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
13
1) Heart action
̶Regularity of distances between QRS complexes - RR intervals
̶Calculate difference: RR – mean RR
(you only need to choose the shortest and longest RR in
the record)
̶
̶Regular action: difference < 0,16 s
̶Irregular action: difference > 0,16 s
̶Usually pathological
̶Beware of significant sinus respiratory arrhythmia - it is very physiological. If you are unsure,
ask the patient to hold their breath during recording
̶
̶Note: if one extrasystole is present, but otherwise the action is regular, it is called regular
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
RR

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
14
2) Heart rhythm
̶Heart rhythm is determined by the source of action potentials that lead to ventricular
depolarization
ventricular depolarization is crucial, because it determines cardiac output
̶Sinus rhythm
̶AP begins in SA node
̶On ECG: present P wave (atrial depolarization) before QRS
̶Junction rhythm
̶AP begins in AV node or His bundle, the frequency is usually 40-60 bpm
̶P wave is not before QRS, QRS is normal (narrow)
̶Heart rate is low (40-60 bpm)
̶Atrial depolarization can be present in the ECG if the ventricular impulses are transferred to the
atria - wave is after QRS and has opposite polarity because it runs in opposite direction
̶Tertial (ventricular) rhythm
̶AP begins in other parts of the conduction system, frequency 30-40 bpm
̶QRS has a strange shape (wider), because it spreads in a non-standard direction in the ventricles

Adobe Systems
Sinusový rytmus – před každým QRS je přítomna vlna P – vzruch začíná v SA uzlu, ne na něj navázaná
depolarizace komor
Junkční rytmus – nejsou přítomné normální vlny P před QRS – vzruch začíná v AV uzlu nebo Hisově
svazku, nízká srdeční frekvence, ale normální QRS (v komoře se vzruch šíří normálně)
Terciální (komorový) rytmus – nejsou přítomné vlny normální P vázané na QRS, vzruch začíná někde v
komorách – deformované QRS, hodně nízká srdeční frekvence, například AV blok III. stupně
AV blok III. stupně – komory si jedou terciální rytmus, síně si jednou svůj rychlejší rytmus určený
SA uzlem, který se ale nepřevádí do komor
P – depolarizace síní
repolarizace síní
2) Srdeční rytmus
zpětná depolarizace síní
nebo

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
16
3) Heart rate (HR)
̶Frequency of ventricular contraction (because it determines cardiac output); on ECG - frequency of
ventricular depolarizations
̶HR = 1 / RR bpm
̶Physiological: 60 - 90 bpm at rest
̶
̶Tachycardia: > 90 bpm in rest
̶Can be sinus (increase sympathetic aktivity, medication, …)
̶Tachyarrhythmias: rhythm is not sinus
̶Bradycardia: < 60 bpm
̶Can be sinus (increase sympathetic aktivity, sport heart - physiological)
̶HR < 50 bpm, rhythm probably is not sinus
̶

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
17
4) Waves, segments, intervals
Name
Norm
wave P
80 ms
interval PQ (PR)
120-200 ms
segment PQ (PR)
50-120 ms
Q
-
complex QRS
80-100ms
R
-
S
-
segment ST
80-120 ms
interval QT
< 420ms
wave T
160 ms
P
R
T
Q
S
P wave
PQ interval
PQ segment
QRS complex
ST segment
T wave
QT interval

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
18
4) Waves, segments, intervals
name
Place and description
Physiological bacground
Norm
wave P
First round wave (negative or positive)
Atrial depolarization
80 ms
Interval PQ (PR)
Interval from beginning of P to beginning of Q (or R, if Q is not present)
Time interval from SA node activation to the Purkynje fibers activation
120-200 ms
segment PQ (PR)
From P wave end to beginning of Q (or R, if Q is not present)
Complete atrial depolarization, AP transfer from AV to ventricles
50-120 ms
Q
First negative deflection
Depolarization of septum and papilar muscles
-
complex QRS
From beginning of R to end of S
Ventricular depolarization
80-100ms
R
Positive deflection
Main ventricular depolarization
-
S
Negative deflection after positive deflection.
-
segment ST
Interval of isoelectric line between end of QRS and beginning of T wave
Complete depolarization of ventricles
80-120 ms
Interval QT
From beginning of Q (or R) to the end of wave T
Electrical systole
< 420ms
wave T
Second round wave (negative or positive)
Ventricular repolarization
160 ms

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
19
4) Waves
Wave P:
-Is present?
-Is positive/negative, one-peak/two-peak, high(>0,25mV)/normal/low?
QRS:
Q:  first negative deflection
R:  first positive deflection
S:  negative deflection after positive deflection
-small deflection (pod 0,5 mV) – small letter
-Strong deflection – capital letter
-Second positive deflection  (‘)
-
Wave T:
-Is positive/negative/bipolar?
-Does it have the same polarity as the strongest QRS deflection?
-Yes: concordant (ok), No: discordant (pathology)
-Bipolar T:
-Preterminal negative (-/+)
-Terminal negative (+/-)
P
Q
R
S
T
Atrial depolarization
Ventricular depolarization - QRS
Ventricular repolarization
Lead II
RS
Examples:
qRs
rSr‘

Adobe Systems
5) Electrical heart axis
Electrical heart axis: average direction of the electric heart vector during ventricular
depolarization (QRS complex)
(can also be determined for atrial depolarization: P, or ventricular repolarization: T, but in
practice we will analyse ventricular depolarization)
I
aVF
II
III
aVR
aVL
–
+
–
+
+
+
+
+
–
–
–
–
120°
90°
60°
30°
0°
-30°
Heart axis is physiologically directed down, left, back - refers to the real placement of the heart
in the chest.
- Here we solve only the frontal plane (limb leads)
Physiological range:
Middle type 0° – 90°
Left type -30° - 0°
Right type 90° - 120°
Pathological range:
Right deviation: > 120 ° (P ventricular hypertrophy, dextrocardia)
Left deviation: < -30° (L ventricular hypertrophy, pregnancy, obesity)
El. heart axis
vectocardiogram
the axis is also changed when Tawara branches are blocked or after IM, missing el. activity of part
of chambers

Adobe Systems
̶Calculate the sum of QRS oscillations in leads I, II, III.
When the oscillation is down, it is negative. When the oscillation is up, it is positive. Use a
millimeter grid
̶Lead I: QI=-1; RI=6; SI=0;
QRSI=5
̶
̶
̶Lead II: QII=-1; RII=17; SII=-1;
QRSII=15
̶
̶Lead IIII: QIII=0; RIII=10; SIII=-1;
QRSIII=9
̶
̶
Electrical heart axis - evaluation
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
̶Because the el. axis is related to ventricular depolarization in the frontal plane, use QRS in
limb leads: I, II, III.
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg

Adobe Systems
Electrical heart axis - evaluation
̶Draw the Einthoven Triangle with Goldberger augmented Leads
̶Mark the angles around the triangle (in the circle)
̶Lead I:
̶0 at lead I is in the center of lead
̶QRSI = 5, so from 0, measure 5mm towards the positive electrode, make a mark (or any other units,
ratio is important)
̶If the sum of QRS is negative, you will go towards the negative electrode
̶Run a line from the mark perpendicular to the I lead (parallel to the aVF lead)
0°
30°
60°
90°
-30°
120°
I
II
III
–
+
–
–
+
+
0
0
0
15
9
5

Adobe Systems
Electrical heart axis - evaluation
̶Lead II:
̶0 at lead II is again in the center of lead
̶QRS II = 15, so from 0, measure 15 mm towards the positive electrode, make a mark (again, if the
sum of QRS is negative, you will go towards the negative electrode)
̶Run a line from the mark perpendicular to the II lead (parallel to the aVL lead)
0°
30°
60°
90°
-30°
120°
I
II
III
–
+
–
–
+
+
0
0
0
15
9
5
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg

Adobe Systems
Electrical heart axis - evaluation
̶Lead III:
̶The same way draw line for QRS III = 9
̶Draw an arrow that starts at the center of the triangle and passes the cross of the drawn lines
̶This arrow shows the direction of the cardiac electrical axis in the frontal plane
̶
̶Note. logically, only lines from two leads are sufficient
0°
30°
60°
90°
-30°
120°
I
II
III
–
+
–
–
+
+
0
0
0
15
9
5
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
The cardiac electrical axis for ventricular depolarization in the frontal plane is 70 °

Adobe Systems
25
Diagnostické využití EKG
Arytmie: porucha srdečního rytmu
síňová fibrilace
(chybí P, „zubatá“ izolinie,  RR nepravidelné, frekvence 80 – 180 bpm)
komorová fibrilace
(srdce nefunguje jako pumpa, poškození mozku po 3 – 5 minutách fibrilace)
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/Afib_ecg.jpg/400px-Afib_ecg.jpg
http://www.qureshiuniversity.com/Ventricular%20Fibrillation.gif
https://ekg.academy/ekgtracings/313.gif
Fibrilace: nesynchronizovaná aktivita kardiomyocytů
fibrilace
normal
AV blok I. stupně
(prodloužení převodu vzruchu ze síně na komory, prodloužený PQ int.)
Atrioventrikulární blokáda: porucha převodu vzruchu ze síní na komory
(některé vzruchy se nepřevedou: výskyt P,
po kterých nenásleduje QRS)
AV blok
II. stupně
AV blok
III. stupně
Kompletní blokáda převodu vzruchů ze síní na komory, P a QRS se objevují nesynchronizovaně
P
P
P
P
P
P

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
26
Diagnostické využití EKG
ischemie srdce, infarkt myokardu
A
B (elevace ST)
elektrolytová nerovnováha - hyperkalémie

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
27
Diagnostické využití EKG
AEE89E4D
24-hodinové monitorování EKG (Holter)

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
28
Dodatek k EKG

Adobe Systems
29
Svod II a aVR
Všimněte si vzhledu EKG ve svodu II a aVR. Oba svody se dívají na elektrickou srdeční aktivitu z
podobného úhlu (odchylka jen 30°), ale aVR má opačnou polaritu (dívá se na srdce vzhůru nohama v
porovnání s II).
Proto jsou svody II a aVR podobné, jen vůči sobě zrcadlově obrácené.
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
aVR má obvykle negativní T a P
Díky jinému vzhledu má QRS v aVR a II svodu různý zápis.
qRs
rSr‘
I
aVF
II
III
aVR
aVL
–
+
–
+
+
+
+
+
–
–
–
–
120°
90°
60°
30°
0°
-30°

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
30
QRS ve svodech a el. osa
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
Q = -1
R = 6
S = 0
QRS = 5
Q = -1
R = 17
S = -1
QRS = 15
Q = 0
R = 10
S = -1
QRS = 9
Q = 1
R = -11
S = 0
QRS = -10
Q = 0
R = -3
S = 0
QRS = -3
Q = -1
R = 13
S = -1
QRS = 11
qR
qRs
qRs
rSr‘
qr‘
qRs
Zápis QRS
součet výchylek QRS
výchylky QRS
Pro zjednodušení výpočtu výchylek je Q první kmit, R druhý kmit a S třetí kmit

Adobe Systems
31
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 1.jpg
Q = -1
R = 6
S = 0
QRS = 5
Q = -1
R = 17
S = -1
QRS = 15
Q = 0
R = 10
S = -1
QRS = 9
Q = 1
R = -11
S = 0
QRS = -10
Q = 0
R = -3
S = 0
QRS = -3
Q = -1
R = 13
S = -1
QRS = 11
součet QRS
výchylky QRS
Elektrická osa jinak
Najděte svod s největším a nejmenším součtem výchylek (jen tak od oka) – tyto svody budou na sebe
kolmé. Úhel svodu s největším součtem QRS bude určovat přibližně el. osu srdeční. Nebude to
dokonale přesné, ale to v praxi ani není potřeba.
I
aVR
II
aVF
aVL
III
0°
30°
60°
-30°
120°
90°
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
+
–
El. osa srdeční o něco víc než 60° (protože QRS aVL je lehce záporné)

Adobe Systems
32
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\EKG scan\EKG 3 vysledky.jpg
Určení elektrické osy srdeční – jak to dopadlo podle počítače?
72°
el. osa pro depolarizaci síní
el. osa pro repolarizaci komor
el. osa pro depolarizaci komor

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
33
Flutter síní
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\obrázky\T0103.jpg
̶Pravidelné pilovité zuby mezi QRS. Pravidelné RR, tachykardie.
̶Podkladem je krouživý vzruch (re-entry) v síních.
̶Pravidelnost je dána počtem „otoček“ vzruchu na převedení na komory (na obrázku:  3 otočky na 1
převedení na komory).
̶Pokud flutter nevymizí, mění se ve fibrilaci síní.

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
34
Fibrilace
Síňová– chybí P, slabě nepravidelně „zubatá“ izolinie,  RR nepravidelné, frekvence 80 – 180 bpm,
není život ohrožující, ale vyčerpává srdce
Komorová – srdce nefunguje jako pumpa, nulový srdeční výdej, poškození mozku po 3 – 5 minutách
fibrilace, bez včasné defibrilace se kardiomyocyty vyčerpají a přechází v asystolii
fibrilace
normal
Fibrilace: nesynchronizovaná aktivita kardiomyocytů
Asystolie – není přítomná elektrická aktivita, nedá se řešit defibrilací

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
35
Extrasystoly
̶Supraventrikulární – ektopický vzruch
vzniká v síni nebo v převodním systému AV
̶QRS komplex extrasystoly má normální tvar (vzruch se komorou šíří normálně),
̶vlna P nemá normální tvar (může být záporná či zakrytá QRS),
̶může být s postextrasystolickou pauzou (pokus se vzruch šíří zpětně síněmi a vybije SA)
̶Ventrikulární – ektopický vzruch vzniká v komoře
̶QRS komplex nemá normální tvar („obluda“)
̶při pomalé srdeční frekvenci je bez kompenzační pauzy (extrasystola je vmezeřená mezi normální
QRS) o sinusovém rytmu,
̶nebo obsahuje kompenzační pauzu, pokud další vzruch pocházející z SA uzlu přijde v čase, kdy je
komora ještě refrakterní

Adobe Systems
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
36
Ischemie srdce
A
B
C
D
E
Deprese ST
elevace ST (Pardeho vlna)
Patologické Q
Transmurální infarkt
Negativní T (obrácený směr repolarizace)
Elevace ST – některé části tkáně se depolarizují se zpožděním
Patologické Q

Adobe Systems
37
C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\seminář\EKG\obrázky\Basic-EKG-ECG-Rhythms.png